Меню

Медь или олово проводимость тока

Токопроводящие жилы кабелей и проводов

Токопроводящая жила (ТПЖ) из алюминия и меди, применяемые добавки, сравнительные табличные характеристики, другие материалы для кабельно-проводниковой продукции (КПП)

Для сокращения применяется аббревиатура ТПЖ – токопроводящая жила.

Токопроводящая жила для кабеля либо провода – это проволока (или скрутка проволок) изготовленная из материала с низким электрическим сопротивлением, способная свободно пропускать электрический ток и выдерживающая заданные механические нагрузки и температурные режимы.

Жёсткий проводник – это кабель либо провод выполненный на базе моножилы (одной проволоки), такие проводники применяются для стационарной (неподвижной) прокладки на долгосрочный период.

Гибкий проводник – это провод или кабель изготовленный на базе нескольких проволок, свитых в общий пучок, применяется для обеспечения подвижных присоединений различных энергопотребителей.

Кабель АПвБВ

Кабель АПвБВ может использоваться в районах с умеренным и холодным климатами. Изделие выдерживает различные механические нагрузки и воздействие коррозии. Товар нельзя подвергать сильному растягиванию. Может монтироваться в местах с наличием блуждающих токов. Устанавливается не только в любых помещениях, но и на улице.

Требования к жилам:

  • • низкое электрическое сопротивление;
  • • умеренная цена и доступность добычи металла;
  • • стойкость к коррозии и механическим нагрузкам (особенно к знакопеременным);
  • • технологичность.

Понятно, что наиболее важными характеристиками являются низкая стоимость и высокая электропроводность. Чем меньше электрическое сопротивление, тем меньше нагревается жила при протекании номинального тока (именно нагрев имеет решающее значение для вычисления токовой нагрузки). Весь смысл в том, что диэлектрические свойства изоляции быстро теряются при высоких температурах. Например, изоляционный поливинилхлоридный пластикат выдерживает нагрев до +70°С; резиновая изоляция функциональная до +80°С; кремнийорганическая изоляция (специальный материал) работоспособна до +180°С. Неизолированные высоковольтные провода и электротехнические шины допускается нагревать до +90°С (изоляции нет, а ограничение присутствует). Для примера, поливинилхлоридный пластикат имеет электрическое сопротивление около 10 мОм / км при температуре +20°С и всего 5 кОм / км при нагреве до +70°С (не спутать мегаомы с килоомами). Теперь немного о цене: мировая цена 1 тонны меди более чем в 3.5 раза дороже 1 тонны алюминия. Электрическое сопротивление алюминия уступает меди в 1.64 раза, то есть именно на это значение возрастёт сечение алюминиевой жилы для проведения той же силы тока (экономический выигрыш налицо).

Механические свойства алюминия оставляют желать лучшего. Имеет низкую стойкость к постоянным изгибам (быстро ломается), поэтому проводники с такими жилами применяются только для стационарной прокладки. Алюминиевые жилы возможно изготовить с минимальным сечением 2.5 мм2 (технологическое оборудование развивает усилия, сравнимые с механической прочностью алюминиевой проволоки малого диаметра). При контакте с атмосферным кислородом или озоном на алюминии образуется оксидная плёнка, которая имеет высокое электрическое сопротивление.

Медь имеет самое низкое сопротивление (не учитывая серебро и другие дорогие материалы), довольно технологична (поддаётся волочению и прокатке).

Материалы для токопроводящих жил

Основными материалами для создания токопроводящих жил служат медь (Cu) и алюминий (Al). Такой выбор определяется низким электрическим сопротивлением, умеренной стоимостью (по сравнению с серебром) и достаточными прочностными характеристиками.

Медная токопроводящая жила

Жилы кабелей и проводов производятся из электролитической меди М0 и М1, которая отличается определённой чистотой – 99,95% и 99,9% доля меди соответственно. Различные добавки к меди могут снижать её проводящую способность, увеличивать прочность либо придавать определённый комплекс изменения свойств.

К кабелям с медной жилой относятся, например, кабель NYY или ВВГнг

Кислород (O) одна из вредных примесей в меди, который приводит к ухудшению механических характеристик и способности к обработке, вызывает затруднения при сваривании или пайке. Медь, не содержащая кислорода, имеет лучшую пластичность по сравнению с марками М1 и М0. Для борьбы с негативным влиянием кислорода добавляют мышьяк, но он снижает электрическую проводимость.

Водород (H) приводит к увеличению прочности, но при наличии кислорода делает металл хрупким.

Содержание сурьмы вызывает падение теплопроводности, электропроводимости и пластичности.

Серебро защищает медь от окисления, но отличается высокой стоимостью.

Кабель NYY

Кабел NYY для подачи электропитания на устройства и распределения электрической энергии в цепях повсеместно задействуется кабель NYY, цена которого демократична, а эксплуатационные параметры высокие. Благодаря усовершенствованной конструкции сфера его использования существенно шире, чем у других кабелей.

Медные токоведущие жилы могут быть мягкими и твёрдыми – отожжённые и неотожжённые соответственно. Маркируются согласно с аббревиатурой ММ и МТ.

Ввиду влияния коррозии медные жилы следует обязательно покрывать слоем олова толщиной 1,5 — 4 мкм. Олово защищает медь от окисления, а также улучшает пайку. Причём предпочтительней использовать методику горячего лужения, а не гальваническую. При горячем лужении образуется переходной сплав меди с оловом, который надёжно привязывает нанесённый слой олова. Во время пайки верхняя часть олова надёжно связывается с припоем. Для тропического исполнения лужение ещё более необходимо, так как влияние высоких температур и влажности сказывается на скорости окисления. Для получения более толстого и неравномерного защитного слоя используется свинцово-оловянистый сплав (ПОС) с различным содержанием свинца.

Для получения нагревостойкости 200⁰С применяют серебрение гальваническим путём с дальнейшим волочением и отжигом. Получаемая толщина слоя серебра 6 — 12 мкм скрывает медь от воздействия факторов приводящих к окислению при t ≤ 250⁰C.

Алюминиевая токопроводящая жила

Для электрических проводников применяют алюминий (Al) марок А1 и А2, в котором подмешаны десятые доли процента железа и кремния. Эти примеси ухудшают проводимость, к другим нежелательным элементам относят: титан, ванадий, марганец и магний. К кабелям с медной жилой относятся, например, Кабель АВВГ или АПвБВ

Если первым недостатком алюминия считают низкую электропроводность, то второй – это определённая хрупкость, которая усугубляется в температурных условиях свыше 150⁰C. При упрочнении алюминиевой проволоки (например, волочением) единовременно понижается её проводимость (всё взаимосвязано).

По механическим параметрам различают несколько видов проволоки:

  • • АТ (алюминий твёрдый неотожжённый);
  • • АПТ (алюминий полутвёрдый с частичным отжигом);
  • • АМ (алюминий мягкий отожжённый).

Характеристики алюминия АПТ занимают промежуточное положение в сравнении с АТ и АМ. Если алюминиевый проводник сравнивать с медным, той же проводимости, то окажется, что его сечение выше на +60%, а масса меньше на -48%. Повышенным пределом прочности при разрыве обладает алюминиевый сплав алдрей. В алюминий добавляют менее половины процента магния, до 0,7% кремния и менее 0,3% железа. Соединение Mg2Si упрочняет материал, но растворяется в ограниченном количестве.

Источник



Какую проводку лучше использовать – медную или алюминиевую

Владимир СадовскийВладимир Садовский

Перед началом капитального ремонта встает вопрос — какая проводка лучше медная или алюминиевая? Разобраться несложно, достаточно знать характеристики этих металлов и как они правильно используются.

Что учесть при выборе проводки

Медь и алюминий хорошо проводят электрический ток. Большая часть существующей проводки производится из этих металлов. Но между ними существуют отличия. Чтобы решить, какая проводка нужна в вашем случае, необходимо учесть следующие факторы:

Кабель алюминиевый АПВ 2х2,5

  1. Медный провод выдерживает больший ток, если говорить о равном сечении.
  2. Алюминий обладает более высоким удельным электрическим сопротивлением. При одинаковых пропускаемых мощностях он нагревается сильнее меди.
  3. Кабеля из меди стоят дороже. Этот металл менее распространен в природе.
  4. Алюминий ломкий. Это вызывает трудности при монтаже.

Алюминиевый провод, выпущенный несколько десятилетий назад, качественно отличается по механическим свойствам. Даже с учетом пройденного времени, он мягче и удобнее. По этому признаку можно отличить качественную проводку.

Технические характеристики проводов

Характеристики кабелей разнятся между собой. Оба металла имеют сильные и слабые стороны. Эти параметры необходимо знать для правильного выбора, монтажа и обслуживания проводки в квартире. Для их сравнения следует учесть ряд критериев.

Читайте также:  Щеткодержатели для электродвигателей переменного тока

Удельное электрическое сопротивление

Эта величина показывает связь между материалом проводника и электрическим сопротивлением. От этого параметра зависит, какой максимальный ток сможет пропустить кабель без перегрева и расплавления изоляции.

Металл Удельное электрическое сопротивление, Ом*мм2/м
Медь 0,017
Алюминий 0,028

Из таблицы следует, что при равных длинах и сечениях сопротивление алюминиевых проводов будет в 1,67 выше. Отсюда более высоким будет и нагрев при равных токах.

У меди меньше сопротивление поэтому можно обойтись кабелем меньшего сечения

к содержанию ↑

Теплопроводность

Данный параметр характеризует возможность проводника рассеивать лишнее тепло. Это свойство важно принять во внимание, ведь на кабеле не должно быть локальных перегревов. Для учета этого параметра применяет коэффициент теплопроводности. Чем он выше, тем лучше металл рассеивает температуру.

Металл Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°C)
Медь 389,6
Алюминий 209,3

Очевидно, что превосходство меди сохраняется. Она рассеивает тепло в 1,86 раза эффективнее.

Высокая теплопроводность меди позволяет пропускать ток большей мощности

к содержанию ↑

Температурный коэффициент сопротивления

Температура проводки влияет на электрическое сопротивление. Отсюда будет меняться и падение напряжение в электросети. Связь между нагревом и проводимостью кабеля характеризуется температурным коэффициентом сопротивления.

Металл Температурный коэффициент сопротивления
Медь 0,043
Алюминий 0,042

Таблица показывает, что сопротивления металлов при нагреве ведут себя практически одинаково.

Вес кабелей из алюминия и меди

От этого параметра будет зависеть удобство монтажа и стоимость проводки. Вес вещества первостепенно зависит от плотности.

Металл Плотность, кг/м3
Медь 8900
Алюминий 2700

При равных объемах соотношение масс меди и алюминия составляет 3,3 раза. Для квартирной проводки этот фактор некритичен. Но для монтажа воздушных линий электропередач вес токоведущей жилы играет значимую роль. В данном случае алюминий выигрывает. Его масса ощутимо меньше.

Из-за меньшего веса алюминиевый провод исползуется на воздушных линиях электропередачи

к содержанию ↑

Прочность при растяжении

Это свойство применимо к воздушным линиям. Проводник должен выдерживать свой вес и круглогодичные растяжения из-за летней жары и зимних морозов. Прочность металлов определяется их временным механическим сопротивлением.

Металл Временное сопротивление, МПа
Медь 200-250
Алюминий 80-120

Таблица показывает, что медь на разрыв в 2 раза прочнее.

Период эксплуатации

Время эксплуатации кабеля зависит от условий среды. Если говорить о квартирной проводке, то срок службы рассматриваемых кабелей имеет существенные отличия.

Металл Ориентировочный период эксплуатации, лет
Медь 30
Алюминий 15

В старых домах проводку выполняли из алюминия. Она до сих пор исправно служит. Однако с цифрами не поспоришь. Срок службы медной проводки в 2 раза больше.

Медные провода отличаются больше долговечностью

к содержанию ↑

Какая проводка нужна для квартиры

В советское время для прокладки проводки использовали алюминиевые кабели. Самыми мощными потребителями электроэнергии были стиральные машины и холодильники. Они брали из сети по паре сотен ватт. С такими низкими нагрузками алюминий справлялся на ура.

Сейчас же люди используют электрические чайники (2 кВт), пылесосы (1-2 кВт) и прочие мощные бытовые приборы. Провода из алюминия в таких условиях перегреваются и отгорают. Поэтому в современной квартире можно использовать только медную проводку.

Дополнительная информация. Независимо от того, используется алюминиевая или медная проводка, стоит учитывать и материал изоляции. Должно быть соответствие требованиям пожарной безопасности. Изоляция выполняется из негорючих материалов. Особенно эти нормы контролируются в местах скопления людей.

Плюсы и минусы алюминиевых кабелей

Провода из меди по ряду технических характеристик превосходят алюминиевые. Но кабеля из серебристого металла по-прежнему востребованы и находят свое применение. Объясняется это достоинствами, которыми обладает алюминиевая проводка:

Электропроводка, выполненная из алюминиевой лапши обойдется дешеле

  • малый вес и податливость при монтаже;
  • дешевизна;
  • устойчивость к окислению.

Не обходится и без недостатков:

  • плохая тепло- и электропроводность;
  • высокое сопротивление и его зависимость от температуры;
  • низкая прочность, ломкость.

Важно! Работая с алюминиевыми кабелями, необходимо помнить об их низкой прочности. Если загнуть токоведущую жилу 3-7 раз, то с огромной вероятностью она сломается. Если надлом будет под изоляцией кабеля, то он может остаться незамеченным вплоть до окончания ремонта.

Преимущества и недостатки проводов из меди

Использование меди требует ПУЭ. Такие провода более пригодны для передачи электрического тока. Они обладают следующими достоинствами:

Согласно ПУЭ электропроводку в жилых помещениях следует выполнять медным кабелем

  • высокая тепло- и электропроводимость;
  • устойчивость к воздействию окружающей среды;
  • прочность;
  • удобство укладки проводов.

к содержанию ↑

Скрутка из меди с алюминием

Кабеля из алюминия категорически запрещено скручивать с медными. Эти металлы обладают разными электрохимическими свойствами. Полученный контакт перегревается, окисляется и начинает обгорать. Отсюда и все вытекающие последствия вроде дыма и пожара.

Как соединить медь с алюминием

Для правильного соединения можно воспользоваться промежуточным проводником. Подключить медный и алюминиевый провод через железный болт с аналогичными шайбами и гайками.

Болтовое соединение меди и алюминия

Другой распространенный метод — специальные зажимы Wago с токопроводящей смазкой. Соединение выйдет существенно дороже, но проще, быстрее и компактнее.

Нужно ли менять алюминиевую проводку на медную

Если старая алюминиевая проводка справляется с текущими нагрузками, то можно и не менять. Ревизия электросети в квартире — дело нелегкое и пыльное. Придется сверлить, штукатурить и, по сути, сделать капитальный ремонт. Эти мероприятия потратят кучу времени и денег.

Если же проводка не справляется, то она подлежит замене. Делать это следует как можно скорее. Признаки того, что провод не выдерживает нагрузку, таковы:

  • перегрев свыше 40-50 °C (рука почти не терпит);
  • запах гари;
  • деформация изоляции из-за оплавления;
  • потемнение кабелей;
  • трещины на изоляции.

Дополнительная информация. Трещина может быть и незаметной. Если стена или окружающий воздух отсыреют, то через поврежденную изоляцию возможно протекание токов утечки. Они будут приводить к постоянным ложным срабатываниям противопожарного УЗО.

Другое дело, если вы делаете ремонт. В таком случае желательно заодно заменить и проводку на более мощную медную. Того же рекомендует и ПУЭ.

Материал проводки — самый важный ее параметр. От него зависят максимальные нагрузки, которые можно передать по кабелям. Влияет материал и на пожарную безопасность, срок службы и надежность электрической системы.

Замена электропроводки в квартире

Медные кабели более пригодны для передачи электричества, чем алюминиевые. Об этом говорят их технические параметры и ПУЭ. Поэтому ответственную проводку выполняют из меди. Неответственные и временные электрические сети прокладываются алюминием.

Источник

Понятие удельного электрического сопротивления медного проводника

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление — прикладное понятие в электротехнике. Оно обозначает то, какое сопротивление на единицу длины оказывает материал единичного сечения протекающему через него току — другими словами, каким сопротивлением обладает провод миллиметрового сечения длиной один метр. Это понятие используется в различных электротехнических расчетах.

Как определить сопротивление меди

Важно понимать различия между удельным электрическим сопротивлением постоянному току и удельным электросопротивлением переменному току. В первом случае сопротивление вызывается исключительно действием постоянного тока на проводник. Во втором случае переменный ток (он может быть любой формы: синусоидальной, прямоугольной, треугольной или произвольной) вызывает в проводнике дополнительно действующее вихревое поле, которому также создается сопротивление.

Физическое представление

В технических расчетах, предполагающих прокладку кабелей различных диаметров, используются параметры, позволяющие рассчитать необходимую длину кабеля и его электрические характеристики. Одним из основных параметров является удельное сопротивление. Формула удельного электрического сопротивления:

  • ρ — это удельное сопротивление материала;
  • R — омическое электросопротивление конкретного проводника;
  • S — поперечное сечение;
  • l — длина.

Размерность ρ измеряется в Ом•мм 2 /м, или, сократив формулу — Ом•м.

Электрическое сопротивление меди

Значение ρ для одного и того же вещества всегда одинаковое. Следовательно, это константа, характеризующая материал проводника. Обычно она указывается в справочниках. Исходя из этого уже можно проводить расчет технических величин.

Важно сказать и об удельной электрической проводимости. Эта величина является обратной удельному сопротивлению материала, и используется наравне с ним. Ее также называют электропроводностью. Чем выше эта величина, тем лучше металл проводит ток. Например, удельная проводимость меди равна 58,14 м/(Ом•мм 2 ). Или, в единицах, принятых в системе СИ: 58 140 000 См/м. (Сименс на метр — единица электропроводности в СИ).

Читайте также:  Можно ли варить нержавейку переменным током

Удельное сопротивление различных материалов

Говорить об удельном сопротивлении можно только при наличии элементов, проводящих ток, так как диэлектрики обладают бесконечным или близким к нему электросопротивлением. В отличие от них, металлы — очень хорошие проводники тока. Измерить электросопротивление металлического проводника можно с помощью прибора миллиомметра, или еще более точного — микроомметра. Значение измеряется между их щупами, приложенными к участку проводника. Они позволяют проверить цепи, проводку, обмотки двигателей и генераторов.

Металлы разнятся между собой по способности проводить ток. Удельное сопротивление различных металлов — параметр, характеризующий это отличие. Данные приведены при температуре материала 20 градусов по шкале Цельсия:

Параметр ρ показывает, каким сопротивлением будет обладать метровый проводник с сечением 1 мм 2 . Чем больше это значение, тем больше электросопротивление будет у нужного провода определенной длины. Наименьшее ρ, как видно из списка, у серебра, сопротивление одного метра из этого материала будет равно всего 0,015 Ом, но это слишком дорогой металл для использования его в промышленных масштабах. Следующим идет медь, которая в природе встречается гораздо чаще (не драгоценный, а цветной металл). Поэтому медная проводка очень распространена.

Применение медных проводников

Медь является не только хорошим проводником электрического тока, но и очень пластичным материалом. Благодаря этому свойству медная проводка лучше укладывается, она устойчива к изгибам и растяжению.

Медь очень востребована на рынке. Из этого материала производят множество различных изделий:

  • Огромное многообразие проводников;
  • Автозапчасти (например, радиаторы);
  • Часовые механизмы;
  • Компьютерные составляющие;
  • Детали электрических и электронных приборов.

Удельное электрическое сопротивление меди является одним из лучших среди проводящих ток материалов, поэтому на ее основе создается множество товаров электроиндустрии. К тому же медь легко поддается пайке, поэтому очень распространена в радиолюбительстве.

Зависимость электропроводности от температуры

Зависимость электропроводности от температуры

Проводники электрического тока бывают первого и второго рода. Проводники первого рода — это металлы. Проводники второго рода- это проводящие растворы жидкостей. Ток в первых переносят электроны, а переносчики тока в проводниках второго рода —ионы, заряженные частицы электролитической жидкости.

Говорить о проводимости материалов можно только в контексте температуры окружающей среды. При более высокой температуре проводники первого рода увеличивают свое электросопротивление, а второго, напротив, уменьшают. Соответственно, существует температурный коэффициент сопротивления материалов. Удельное сопротивление меди Ом м возрастает при увеличении нагрева. Температурный коэффициент α тоже зависит только от материала, эта величина не имеет размерности и для разных металлов и сплавов равна следующим показателям:

  • Серебро — 0,0035;
  • Железо — 0,0066;
  • Платина — 0,0032;
  • Медь — 0,0040;
  • Вольфрам — 0,0045;
  • Ртуть — 0,0090;
  • Константан — 0,000005;
  • Никелин — 0,0003;
  • Нихром — 0,00016.

Определение величины электросопротивления участка проводника при повышенной температуре R (t), вычисляется по формуле:

R (t) = R (0) · [1+ α·(t-t (0))], где:

  • R (0) — сопротивление при начальной температуре;
  • α — температурный коэффициент;
  • t — t (0) — разность температур.

Например, зная электросопротивление меди при 20 градусах Цельсия, можно вычислить, чему оно будет равно при 170 градусах, то есть при нагреве на 150 градусов. Исходное сопротивление увеличится в [1+0,004·(170−20)] раз, то есть в 1,6 раз.

При увеличении температуры проводимость материалов, напротив, уменьшается. Так как это величина, обратная электросопротивлению, то и уменьшается она ровно во столько же раз. Например, удельная электропроводность меди при нагреве материала на 150 градусов уменьшится в 1,6 раз.

Существуют сплавы, которые практически не изменяют своего электросопротивления при изменении температуры. Таков, к примеру, константан. При изменении температуры на сто градусов его сопротивление увеличивается всего на 0,5%.

Если проводимость материалов ухудшается с нагревом, она улучшается с понижением температуры. С этим связано такое явление, как сверхпроводимость. Если понизить температуру проводника ниже -253 градусов Цельсия, его электросопротивление резко уменьшится: практически до нуля. В связи с этим падают затраты на передачу электрической энергии. Единственной проблемой оставалось охлаждение проводников до таких температур. Однако в связи с недавними открытиями высокотемпературных сверхпроводников на базе оксидов меди, охлаждать материалы приходится уже до приемлемых значений.

Источник

Удельное электрическое сопротивление проводников

В связи с тем, что существует два типа электрических сопротивлений —

В связи с электромагнитными явлениями, возникающими в проводниках при прохождении через него переменного тока в них возникает два важных для их электротехнических свойств физических явления.

Два последних явления делают неэффективным применение проводников радиусом больше характерной глубины проникновения электрического тока в проводник. Эффективный диаметр проводников (2RБхар): 50Гц -7 Ом. Используя микроомметры, можно определить качество электрических контактов, сопротивление электрических шин, обмоток трансформаторов, электродвигателей и генераторов, наличие дефектов и инородного металла в слитках (например, сопротивление слитка чистого золота вдвое ниже позолоченного слитка вольфрама).

Для расчета длины провода, его диаметра и необходимого электрического сопротивления, необходимо знать удельное сопротивление проводников ρ.

В международной системе единиц удельное сопротивление ρ выражается формулой:

Оно означает: электрическое сопротивление 1 метра провода (в Омах), сечением 1 мм 2 , при температуре 20 градусов по Цельсию.

Таблица удельных сопротивлений проводников

Материал проводника Удельное сопротивление ρ в
Серебро
Медь
Золото
Латунь
Алюминий
Натрий
Иридий
Вольфрам
Цинк
Молибден
Никель
Бронза
Железо
Сталь
Олово
Свинец
Никелин (сплав меди, никеля и цинка)
Манганин (сплав меди, никеля и марганца)
Константан (сплав меди, никеля и алюминия)
Титан
Ртуть
Нихром (сплав никеля, хрома, железа и марганца)
Фехраль
Висмут
Хромаль
0,015
0,0175
0,023
0,025. 0,108
0,028
0,047
0,0474
0,05
0,054
0,059
0,087
0,095. 0,1
0,1
0,103. 0,137
0,12
0,22
0,42
0,43. 0,51
0,5
0,6
0,94
1,05. 1,4
1,15. 1,35
1,2
1,3. 1,5

Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм 2 . Серебро — лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм 2 обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.

Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.

Сопротивление проводника можно определить по формуле:

где r — сопротивление проводника в омах; ρ — удельное сопротивление проводника; l — длина проводника в м; S — сечение проводника в мм 2 .

Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм 2 .

Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм 2 .

Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.

Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм 2 . Определить необходимую длину проволоки.

Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.

Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм 2 и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.

Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.

По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.

Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.

Читайте также:  Как создать кработов в тока бока

У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 — 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.

Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления. Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.

Если при температуре t сопротивление проводника равно r, а при температуре t равно rt, то температурный коэффициент сопротивления

Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).

Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).

Значения температурного коэффициента для некоторых металлов

Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим rt:

Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.

Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.

Электрическая проводимость

До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.

Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику. Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.

Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r, то проводимость определяется как 1/r. Обычно проводимость обозначается буквой g.

Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.

Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.

Если r = 20 Ом, то

Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,

Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)

Материалы высокой проводимости

К наиболее широкораспрстраненным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий (Сверхпроводящие материалы, имеющие типичное сопротивление в 10 -20 раз ниже обычных проводящих материалов (металлов) рассматриваются в разделе Сверхпроводимость).

Преимущества меди, обеспечивающие ей широкое применение в качестве проводникового материала, следующие:

  1. малое удельное сопротивление;
  2. достаточно высокая механическая прочность;
  3. удовлетворительная в большинстве случаев применения стойкость по отношению к коррозии;
  4. хорошая обрабатываемость: медь прокатывается в листы, ленты и протягивается в проволоку, толщина которой может быть доведена до тысячных долей миллиметра;
  5. относительная легкость пайки и сварки.

Медь получают чаще всего путем переработки сульфидных руд. После ряда плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно проходит процесс электролитической очистки.

В качестве проводникового материала чаще всего используется медь марок М1 и М0. Медь марки М1 содержит 99.9% Cu, а в общем количестве примесей (0.1%) кислорода должно быть не более 0,08%. Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки М0, в которой содержится не более 0.05% примесей, в том числе не свыше 0.02% кислорода.

Медь является сравнительно дорогим и дефицитным материалом, поэтому она все шире заменяется другими металлами, особенно алюминием.

В отдельных случаях применяются сплавы меди с оловом, кремнием, фосфором, бериллием, хромом, магнием, кадмием. Такие сплавы, носящие название бронз, при правильно подобранном составе имеют значительно более высокие механические свойства, чем чистая медь.

Алюминий

Алюминий является вторым по значению после меди проводниковым материалом. Это важнейший представитель так называемых легких металлов: плотность литого алюминия около 2.6, а прокатанного — 2.7 Мг/м 3 . Т.о., алюминий примерно в 3.5 раза легче меди. Температурный коэффициент расширения, удельная теплоемкость и теплота плавления алюминия больше, чем меди. Вследствие высоких значений удельной теплоемкости и теплоты плавления для нагрева алюминия до температуры плавления и перевода в расплавленное состояние требуется большая затрата тепла, чем для нагрева и расплавления такого же количества меди, хотя температура плавления алюминия ниже, чем меди.

Алюминий обладает пониженными по сравнению с медью свойствами — как механическими, так и электрическими. При одинаковом сечении и длине электрическое сопротивление алюминиевого провода в 1.63 раза больше, чем медного. Весьма важно, что алюминий менее дефицитен, чем медь.

Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0.5% примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки АВ00 (не более 0.03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВ0000 имеет содержание примесей не более 0ю004%. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0.5% снижают γ отожженного алюминия не более, чем на 2-3%. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие γ алюминия на 5-10%. Очень сильно снижают электропроводность алюминия Ti и Mn.

Алюминий весьма активно окисляется и покрывается тонкой оксидной пленкой с большим электрическим сопротивлением. Эта пленка предохраняет металл от дальнейшей коррозии.

Алюминиевые сплавы обладают повышенной механической прочностью. Примером такого сплава является альдрей, содержащий 0.3-0.5% Mg, 0.4-0.7% Si и 0.2-0.3% Fe. В альдрее образуется соединение Mg2Si, которое сообщает высокие механические свойства сплаву.

Железо и сталь

Железо (сталь) как наиболее дешевый и доступный металл, обладающий к тому же высокой механической прочностью, представляет большой интерес для использования в качестве проводникового материала. Однако даже чистое железо имеет значительно более высокое сравнительно с медью и алюминием удельное сопротивление; ρ стали, т.е. железа с примесью углерода и других элементов, еще выше. Обычная сталь обладает малой стойкостью коррозии: даже при нормальной температуре, особенно в условиях повышенной влажности, она быстро ржавеет; при повышении температуры скорость коррозии резко возрастает. Поэтому поверхность стальных проводов должна быть защищена слоем более стойкого материала. Обычно для этой цели применяют покрытие цинком.

В ряде случаев для уменьшения расхода цветных металлов применяют так называемый биметалл. Это сталь, покрытая снаружи слоем меди, причем оба металла соединены друг с другом прочно и непрерывно.

Натрий

Весьма перспективным проводниковым материалом является металлический натрий. Натрий может быть получен электролизом расплавленного хлористого натрия NaCl в практически неограниченных количествах. Из сравнения свойств натрия со свойствами других проводниковых металлов видно, что удельное сопротивление натрия примерно в 2.8 раза больше ρ меди и в 1.7 раз больше ρ алюминия, но благодаря чрезвычайно малой плотности натрия (плотность его почти в 9 раз меньше плотности меди), провод из натрия при данной проводимости на единицу длины должен быть значительно легче, чем провод из любого другого металла. Однако натрий чрезвычайно активен химически (он интенсивно окисляется на воздухе, бурно реагирует с водой), почему натриевый провод должен быть защищен герметизирующей оболочкой. Оболочка должна придавать проводу необходимую механическую прочность, так как натрий весьма мягок и имеет малый предел прочности при деформациях.

Источник